ソフトウェア受信側のスケーリング

概要

最新の NIC は、複数の受信および送信記述子キュー (マルチキュー) をサポートしています。受信時に、NIC は異なるパケットを異なるキューに送信して、CPU 間で処理を分散できます。NIC は、少数の論理フローの 1 つに割り当てる各パケットにフィルターを適用して、パケットを分散します。各フローのパケットは個別の受信キューに送られ、受信キューは個別の CPU で処理できます。このメカニズムは、一般に受信側スケーリング (RSS) と呼ばれます。RSS技術の目的は、パフォーマンスを均一に向上させることです。RSS は、遅延が懸念される場合や、受信割り込み処理がボトルネックになる場合に有効になります。CPU 間で負荷を分散すると、キューの長さが減少します。待機時間の短いネットワークの場合、最適な設定は、システム内の CPU と同じ数のキューを割り当てることです (または、小さい場合は NIC の最大数)。最も効率的な高レート構成は、CPU が飽和しているために受信キューがオーバーフローしない、受信キューの数が最も少ない構成である可能性があります。受信側スケーリングを使用すると、ブリッジングのスループットを向上させることができます。

フロースレッドアフィニティアーキテクチャに従って、各フロースレッド (FLT) は NIC の専用受信キューからパケットをポーリングし、実行が完了するまでパケットを処理します。したがって、フロースレッドは、不一致を回避するために、パケット処理のために NIC 受信 (RX) キューと送信 (TX) キューにバインドされます。したがって、マルチコアvSRX仮想ファイアウォールフレーバーをサポートするには、NICのRXキューとTXキューの数がvSRX仮想ファイアウォールのデータプレーンCPUの数と同じである必要があります。ソフトウェアRSS(SWRSS)は、さまざまなFLTスレッドにソフトウェアベースのパケットスプレーを実装することで、vSRX仮想ファイアウォールのマルチコアフレーバーを実行するためのNICハードウェアキューの制限を解消します。

ソフトウェア RSS は、個々のフローの処理を複数のカーネルの 1 つにオフロードするため、NIC からパケットを受け取るフロースレッドはより多くのパケットを処理できます。RSS と同様に、SWRSS を使用した場合のネットワークスループットの向上には、CPU 使用率と線形相関があります。

SWRSS では、各 NIC ポートは、I/O スレッドと同じかそれ以下の数のハードウェア RX/TX キューで初期化されます。I/O スレッドは、vSRX 仮想ファイアウォール内のすべての NIC インターフェイスにおける合計データパス CPU と最小 NIC キューに基づいて決定されます。たとえば、I/O スレッドが 4 と計算された場合、NIC ポートあたりの HW キューの数は 4 キュー以下になります。

NICに、サポートされているvSRX仮想ファイアウォールインスタンスのFLTスレッドほど十分な数のキューがない場合、ソフトウェアRSS(SWRSS)はフローされたデータパスによって有効になります。SWRSSは、NIC受信キューからパケットを取得した後、FLT間でパケットを分散するソフトウェアモデルを実装します。NIC HWキューの制限を取り除くことで、SWRSSはさまざまなvSRX仮想ファイアウォールインスタンスタイプをサポートし、vCPUの拡張を可能にします。

I/O 操作中に、パケットは NIC ポートの受信キューから取得され、パケット分類が実行されます。その後、FLT スレッド仮想キューへのパケットの配布が続きます。これらの仮想キューは、DPDK リングキューを介して実装されます。伝送パスでは、SWRSS は FLT スレッドの仮想送信キューからパケットを取得し、これらのパケットを NIC 送信キューにプッシュして送信します。

SWRSS I/Oスレッドの数は、vSRX仮想ファイアウォールインスタンスで見つかったCPUの合計とNICキューの数に基づいて選択されます。HWRSS および SWRSS との混合動作モードはサポートされていません。

ソフトウェア受信側スケーリングの構成について

このトピックでは、ソフトウェア受信側スケーリング (SWRSS) の種類とその構成について詳しく説明します。

SWRSSは2つの動作モードをサポートしており、必要なデータパスCPUの数に基づいて有効になります。これらのモードは、共有 IO モードと専用 IO モードです。これらのモードは、必要なデータパスCPUの数に基づいて有効になります。vSRX仮想ファイアウォールおよびvSRX3.0は、専用I/Oモードのみをサポートします。

専用 I/O モードでは、フローされたプロセスは I/O 操作専用の I/O スレッドを作成します。vSRX 仮想ファイアウォールに必要な I/O スレッドの数に基づいて、I/O スレッドは専用の NIC ポートに関連付けられます。次に、キューの送受信 NIC ポートは、統一された分散と I/O スレッドのロックを回避するために、ラウンドロビン方式で各 I/O スレッドに結合されます。各専用 I/O スレッドは、NIC 受信キューからバーストモードでパケットをプルし、パケット送信の TX パスについては FLT スレッドに分散し、その逆も同様です。

SWRSS は、vCPU の数に基づいて有効になります。NIC に、異なる vCPU を持つ vSRX 仮想ファイアウォールのフロースレッド(FLT)として十分な数のキューがない場合、フロープロセスによってソフトウェア RSS(SWRSS)が有効になります。

SWRSS は、次のシナリオでは有効になっていません。

NIC に、必要な PFE データパス CPU 用の十分な数のハードウェア RX または TX キューがある場合。
vSRX 仮想ファイアウォール(vCPU の数に基づく)と NIC の結果、FLT CPU の数は、最も近いハードウェア RSS(HWRSS)モードで得られる数よりも少なくなります。このような場合、vSRX仮想ファイアウォールはHWRSSモードで有効になり、SWRSSモードよりもFLT CPUが多くなり、パケット処理のスループットが向上します。
SWRSSは、専用IOスレッドの実行に必要な数よりも少ない数のNICキューをサポートする特定のタイプのNICを持つvSRX仮想ファイアウォールには推奨されません。このような場合、SWRSS は有効になりますが、I/O CPU が完全に使用されるまで、追加の CPU が FLT CPU に接続されます。

SWRSS が有効になっていない場合は、 set security forwarding-options receive-side-scaling software-rss mode enable コマンドを使用して SWRSS を有効にします。このコマンドを実行すると、NIC、RSS、または vCPU の数に関係なく、SWRSS が強制的に有効になります。CLI を使用して SWRSS を有効にしない場合、SWRSS の有効化は自動的に FLT:IO(4:1)のデフォルト比率に基づいて決定されます。

必要な IO スレッド数を構成するには、コマンドを使用します set security forwarding-options receive-side-scaling software-rss io-thread-number <1-8> 。IOフロースレッドに割り当てられたvCPUの実際の数を表示するには、コマンドを使用します show security forwarding-options resource-manager 。

SWRSS の有効化は、IO スレッドとワーカースレッドのアーキテクチャと概念に基づいて、自動的に決定するか、強制的に決定できます。SWRSS を有効にするとパフォーマンスに影響するため、IO スレッドの数は、必要な場合にのみ、パフォーマンスに影響するボトルネックポイントに達するまで変更することをお勧めします。